如何理解向量叢,層,概形的截面?

時間 2021-06-02 03:01:32

1樓:cohana

下面是用一些抽象廢話來解釋一下「截面」的含義,算是對另兩位答主的補充吧。而向量叢和概形(區域性環積空間)當然算是具體的例子了。(本回答是否有助於「真正理解」我不知道……因人而異吧。

截面(section)這個概念的直觀要從叢的角度來理解。在最一般的意義下,乙個(bundle)即是指範疇中的乙個箭頭(這時我們就可以有逆象函子之類的構造了)。當然,為了讓世界更加熱鬧,我們時常考慮各種各樣的帶著結構的集合,比如狹義一點的(拓撲)叢,便是指拓撲空間之間的乙個連續對映。

考慮連續對映 , 中的任意一點 的上方有纖維 ,而全體纖維給出集合 的乙個分劃,並且被 上的拓撲「綁」在一起,這就是「叢」的直觀。我們也可以粗略地講,各點處的纖維隨著 中的點「拓撲地」變化。

對於叢 ,所謂截面(cross-section)是指乙個連續對映 使得 。顯然 是單射而且把每個點打到它的纖維裡,用圖畫出來就是

這紅色的便是cross-section!

我們還可以談論開集 上的截面,也就是指使得 的連續函式 。

假定讀者已經知道預層和層的定義。對拓撲空間 上的預層 而言(預設取值為集合),人們習慣上將 中的元素稱作 上的截面(section),而將開集的巢狀 所誘導的對映 稱作限制。其實完全可以直接接受這裡的術語,畢竟並不違和——很多典型的例子就是空間上的函式環層什麼的,而限制也就是函式定義域的限制。

中文的「層」本來不是直譯,而更符合我們通常的定義(每個開集 上方有乙個 ,層迭的那種感覺)。那麼同時我們不禁問:這個東西在英/法文中為什麼叫sheaf/faisceau(可以查一下它們本來的意思)?

這其實涉及到從另乙個角度來理解層這個概念,而且由此我們可以把(預)層的「截面」和前面的直觀聯絡起來。

「A sheaf is a bundle of stalks」這句話對於農民和幾何學家都講得通。

對於 上的乙個預層 ,除了開集上的截面,我們還可以通過極限來刻畫「在乙個點附近有定義的截面」。具體而言,考慮包含點 的全體開集連同它們之間的包含,將此範疇記作 ,考慮預層 在其上的限制,它的餘極限 叫作 在點 處的莖條(stalk),記成 。這是集合範疇裡的乙個濾相餘極限(filtered colimit),因而構造很簡單:

它是全體形如 的對(其中 為包含 的開集, )構成的集合模掉乙個等價關係, 和 等價當且僅當 和 限制在某個包含 的更小的開集 上相同。我們將莖條 裡面的成員 稱作 在點 處的(germ)。根據構造,這確實符合前面所說的「在乙個點附近有定義」這一想法。

現在我們將所有的芽匯集到一起,即取全體莖條的不交並 ,又記成 。從它出發自然有乙個到 的對映 將點 處的芽投到點 。接下來就是關鍵:

對於開集 上的任何乙個截面 ,我們總能將其視為乙個函式 ,它將點 變成 在 處的芽 。另外,對於開集 ,限制對映 正是將(作為函式的)截面的定義域從 限制到 (為什麼?)

根據定義,復合 顯然是 到 的嵌入。此時如果我們為 賦以乙個合適的拓撲使得 和所有的截面函式都連續,那麼對於任何乙個開集 , 中的任何乙個元素就是叢 的乙個截面(cross-section)。

不過故事當然還沒有講完,接下來就簡要說一下後續吧。我們已經知道了從乙個預層 出發,我們可以把它的全部莖條紮起來,從而得到乙個叢 。這樣的叢其實一定是乙個區域性同胚,我們也稱其為 上的平展化叢(étalé bundle),而空間 又叫預層 的平展化空間(étalé space)。

另一方面,從任意乙個叢 出發,將開集 上的截面的集合記成 ,容易驗證 其實是 上的乙個層。這兩個方向都是函子性的,事實上我們有一對伴隨函子 ,且兩邊分別由平展化叢和層形成的滿子範疇相互等價,二者其實是一回事。在一些古老的教科書中,層這一概念正是通過它的平展化空間來定義的!

2樓:

locally free sheaf <-----> vector bundle

另外「層」的翻譯有點兒小問題,其實 sheaf(faisceaux) 和 bundle 其實差不多乙個意思.

截一下,就得到了介面.

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